Dispositif pour le verrouillage d'un appareillage de protection d'une ligne électrique. Les dispositifs de protection des lignes électriques qui font intervenir des éléments wattmétriques, soit dans le but de mesurer l'impédance ou la réactance de la boucle constituée par les conducteurs en défaut, soit dans le but d'indiquer la direction de la puissance, peuvent effectuer des mesures erronées, ou indiquer des directions erronées, en cas de défaut biphasé sur un réseau relié au côté triangle d'un transformateur de puis sance dont le côté étoile est raccordé à la ligne protégée.
Sur la fig. 1 du dessin annexé, on a représenté une ligne triphasée à haute ten sion 1, qui est reliée à l'une de ses extré mités à un transformateur 2, ayant des en roulements 3, montés en étoile et branchés sur la ligne 1 et des enroulements 4 montés en triangle et branchés sur un autre réseau. A l'autre extrémité de la ligne 1, trois trans formateurs de courant 5 et trois transforma teurs de tension 6 alimentent les enroule- menu d'un relais 7 d'un type connu sous le nom général de relais de distance. Ce relais, en cas de défaut sur la ligne 1, doit fermer son contact 8 lequel excite la bobine de déclenchement 9 du disjoncteur 10, au moyen de la source auxiliaire 11.
Lorsqu'il se produit un défaut entre deux phases de la ligne 1, par exemple en 12, le diagramme des tensions et des courants à l'endroit où est placé le relais 7 à l'allure indiquée sur la fig. 2, où Ui, U9, <I>Us,</I> repré sentent les trois tensions simples (étoilées), U1.2, U2.3, Us.i, les trois tensions composées et Ii, 12, Is les courants dans les trois fils de ligne.
En cas de court-circuit entre deux phases sur la ligne reliée au côté triangle du trans formateur, par exemple en 13 (fig. 1), le diagramme des courants et des tensions à l'endroit où est placé le relais a l'allure indiquée sur la fig. 3 où les mêmes lettres ont les mêmes significations que sur la fig. 2.
En cas de court-circuit triphasé, par exemple en 14 (fig. 1), le diagramme des courants et des tensions est indiqué sur la, fig. 4, tandis qu'en cas de court-circuit entre une phase et la terre, par exemple en 15 (fig. 1), le diagramme des courants et des tensions est conforme à la fig. 5.
Pour les relais de réactance, dans le cas d'un défaut biphasé sur la ligne 1, cas de la fig. 2, la distance de ce défaut au relais est correctement mesurée par la relation
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Si Z est le vecteur impédance d'un fil de ligne AA' compris entre l'emplacement A d'un relais et un défaut franc (d'impédance négligeable) en A'B' (fig. <I>a),</I> et si<I>1,
</I> et<B>72</B> sont les vecteurs courant dans les deux f il s et U 1.2 le vecteur différence de potentiel entre A et<I>B,</I> on a :
Ul- .z = Z h <I>- Z</I> Is d'où on tire :
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d'oii pour l'impé dance:
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étant le module du vecteur (11-1z) et pour la réactance, qui est la composante du vecteur impédance sui vant l'axe des
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En multipliant le numérateur et le dénomi nateur par 11-1z et en tenant compte du fait que la réactance est proportionnelle à la distance AA', on arrive à la formule ci- dessus donnée.
Les trois formules suivantes se démon trent d'une faon analogue.
Dans le cas du défaut triphasé de la fig. 4, la distance du défaut est correctement mesurée par l'une quelconque des relations
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Dans le cas du défaut à la terre de la fig. 5, la distance du défaut est correctement mesurée par la relation:
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l'existance de ce genre de défaut étant signalée par le fait qu'on a Ii + Ï: + Ïs t 0 ou U, + T79 + Ua t- <I>0.</I> La démonstration (voir fig. b)
de cette dernière formule est analogue à la précédente sauf qu'on doit tenir compte du fait que Zo =- Z en général. On a donc:
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d'où on tire la formule à démontrer, comme dans le cas précédent.
Au contraire, dans le cas du défaut de la fig. 3, la distance du défaut ne peut être mesurée correctement par aucune des rela tions indiquées plus haut. En particulier, les grandeurs qui font intervenir les défauts entre phases conduisent à des mesures infé rieures à D.
On trouve de même que dans le cas du défaut de la fig. 3 certains relais wattmé- triques directionnels peuvent donner une direc tion erronée du sens de la puissance.
II est donc désirable, lorsqu'un défaut de ce genre se produit, d'empêcher le fonc tionnement des relais côté étoile qui risquent d'avoir un fonctionnement incorrect, ou d'aug menter le temps de fonctionnement de ces relais, de manière qu'ils n'agissent pas avant que les relais placés sur le transformateur ou sur le départ de la ligne raccordée du côté triangle n'aient fonctionné.
Dans ce qui suit, on désignera par "ver rouillage" l'opération ayant pour objet, soit d'empêcher le fonctionnement de certains relais, soit d'augmenter leur temporisation. La présente invention concerne un ensem ble de dispositifs qui permettent de réaliser un tel verrouillage et qui sont basés sur le fait que, dans un transformateur triphasé à couplage triangle-étoile, un court-circuit aux bornes d'une phase du côte triangle du trans formateur amène une diminution importante de la tension simple correspondante du côté étoile et une augmentation du courant de la même phase, sans qu'apparaissent dans le circuit du côté étoile ni courant résiduel, ni tension résiduelle.
Les dispositifs de relais de protection indiqués dans ce qui suit, à titre d'exemples, sont basés sur l'un des critériums suivants, qui résultent du fait qu'on vient de signaler et qui, en conséquence, différencient le cas de la fig. 3 des cas des fig. 2, 4 et 5: 1. Diminution importante de l'une seule ment des trois tensions simples, sans qu'il apparaisse ni un courant résiduel, ni une tension résiduelle.
2. Modification des rapports soit entre tensions simples et tensions composées, soit entre courants et différences de courants, sans qu'il apparaisse ni un courant résiduel, ni une tension résiduelle.
Le montage de la fig. 6 donne un exem ple d'application du premier critérium.
Sur cette figure, 1, 2, 3, 4 désignent les trois phases et le neutre de transformateurs de mesure de tension 5, 6, 7 désignent trois relais à minimum de tension, alimentés par les trois tensions simples, et 8, 9, 10 dési gnent trois contacts à ouverture et à ferme ture manoeuvrés respectivement par ces trois relais. Les contacts mobiles sont réunis en semble; d'autre part, les trois contacts fixes de travail sont réunis à l'une des bornes d'un relais 11, dont l'autre borne est reliée à la source auxiliaire 12.
Les trois contacts fixes de repos sont réunis à une connexion abou tissant à l'autre pôle de la source 12,à tra-
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vers le contact de repos 18 d'un relais 14, dont il sera question plus loin. Normalement, le relais 11 n'est pas excité car les trois contacts de repos des relais 5, 6, 7 sont fermés et leurs trois contacts de travail ouverts. S'il se produit entre deux phases un défaut correspondant au diagramme de la fig. 3, l'un des relais 8, 9 ou 10 fonctionne, ce qui excite le relais 11, lequel ouvre son contact 13 qui verrouille le relais de distance non représenté sur la figure.
S'il se produit un défaut analogue à celui de la fig. 2, aucun des relais 5, 7, 7 ne fonctionne car la chute de tension est dans ce cas au plus égale à 50 % et il suffit de régler ces relais en conséquence.
En cas de défaut triphasé (fig. 4), il y a chute de tension sur les trois phases, les trois relais 5, 6, 7 fonctionnent et on peut voir sur le schéma de la fig. 6 que le relais 11 n'est pas excité.
S'il se produit un défaut entre une phase et la terre du côté étoile (cas de la fig. 5) un seul des relais 5, 6, 7 fonctionne, mais il y a alors apparition d'une tension rési duelle (la somme des trois tensions simples n'est plus nulle). On a donc prévu sur la fig. 6, un relais 14, monté suivant un mode connu, entre le point neutre des trois trans formateurs de tension et un point neutre artificiel obtenu avec trois impédances égales 15, 16, 17. Ce relais fonctionne dés que la somme des tensions simples n'est plus nulle et son contact 18 coupe le circuit du relais 11.
A la place des relais à minimum de ten sion, on pourrait employer aussi des relais à minimum d'impédance ou de réactance.
Le critérium n 2 est mis en évidence par les relations suivantes, entre tensions simples et composées ou entre courants et différences de courants: a) Court-circuit entre deux phases côté étoile (par exemple entre fils B et C, cas de la fig. 2) U . a étant la tension entre les fils A et B, etc...
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c) Court-circuit triphasé symétrique
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En supposant qu'on utilise trois relais fonctionnant respectivement lorsque
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on voit qu'en cas de défaut biphasé côté triangle deux relais fonctionnent, tandis qu'en cas de défaut biphasé côté étoile, un seul relais fonctionne. En cas de défaut triphasé, aucun relais ne fonctionne. On peut donc fermer un circuit de verrouillage en montant en série deux à deux des contacts doubles manoeuvrés par ces trois relais, comme il. est indiqué sur la fig. 7, à titre d'exemple.
Sur cette figure, on a désigné par 1, 2 et 3 les trois phases des transformateurs de mesure de tension, par 4 leur neutre, par 5, 6 et 7 trois relais d'un type connu comportant cha cun une bobine motrice 8, 10 et 12, et une bobine antagoniste, 9, 11 et 13, chacun de ces relais fonctionnant lorsque le rapport entre la tension de la bobine motrice et la tension de la bobine antagoniste dépasse une
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En cas de défaut biphasé côté triangle, un relais fonctionne, tandis qu'en cas de défaut biphasé côté étoile, deux relais fonc tionnent et qu'en cas de défaut triphasé aucun relais ne fonctionne.
Pour obtenir le verrouillage, on utilise un montage à contacts multiples analogue à celui de la fig. 7. Court-circuit entre deux phases côté triangle (cas de la fig. 3): certaine valeur, par exemple
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ou une autre valeur jugée plus convenable. Les bobines motrices sont reliées aux tensions simples et les bohisles antagonistes aux ten sions composées.
Les relais 5, 6 et 7 ont des contacts doubles 14, 15, 16, 17 et 18, 19, qui sont montés en série deux à deux, chaque ensem ble étant raccordé à deux barres dites de verrouillage 20.
Un relais de verrouillage 21 est relié à ces barres et à une source auxiliaire 22. Le contact 23 de ce relais est le contact de verrouillage de la protection.
Le contact à ouverture 24 d'un relais 25, identique comme fonctionnement au relais 14 de la, fig. 8, sert à empêcher le verrouillage en cas de défaut à la terre.
Le fonctionnement de. cet ensemble s'ex plique aisément en partant des inégalités décrites plus haut.
On petit aussi utiliser trois relais fonc tionnant respectivement lorsque: DTrüs on peut utiliser un montage plus simple en employant trois relais fonctionnant respectivement lorsque
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Dans le cas d'un défaut biphasé côté étoile, aucun relais ne fonctionne, pas plus qu'en cas de défaut triphasé. En cas de défaut biphasé côté triangle, un relais peut fonctionner dans certaines conditions puisque
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varie entre 0 et
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La fig. 8 illustre un exemple de cette réalisation.
Sur cette figure, on a désigné: par 1, 2 et 3 les trois phases des transfor mateurs de courant, par 4 leur neutre, par 5, 6 et 7 des relais, d'un type analogue à ceux de la fig. 7, comportant chacun un enroulement moteur, 8, 9, 10, et deux enrou lements antagonistes: 11-12,13-14,15-16.
Les contacts 17, 18, 19 de ces relais sont montés en parallèle et excitent un relais 20 au moyen de la source auxiliaire 21. Le contact à ouverture 22 d'un relais 23 actionné par la somme des courants des trois phases sert à empêcher le verrouillage en cas de défaut à la terre.
Il est évident qu'on peut utiliser, sans sortir du cadre de l'invention, d'autres rap ports entre les courants ou les tensions ou d'autres inégalités entre ces rapports et aussi d'autres dispositifs basés sur les principes indiqués ci-dessus.
Device for locking an electrical line protection device. Power line protection devices which use wattmetric elements, either for the purpose of measuring the impedance or reactance of the loop formed by the faulty conductors, or for the purpose of indicating the direction of the power, may take incorrect measurements, or indicate incorrect directions, in the event of a two-phase fault on a network connected to the delta side of a power transformer whose star side is connected to the protected line.
In fig. 1 of the attached drawing, there is shown a three-phase high voltage line 1, which is connected at one of its ends to a transformer 2, having bearings 3, mounted in a star and connected to line 1 and 4 windings mounted in a triangle and connected to another network. At the other end of line 1, three current transformers 5 and three voltage transformers 6 feed the windings of a relay 7 of a type generally known by the name of distance relay. This relay, in the event of a fault on line 1, must close its contact 8 which energizes the trip coil 9 of the circuit breaker 10, by means of the auxiliary source 11.
When a fault occurs between two phases of line 1, for example at 12, the voltage and current diagram at the location where relay 7 is placed at the rate shown in fig. 2, where Ui, U9, <I> Us, </I> represent the three phase-to-neutral (star) voltages, U1.2, U2.3, Us.i, the three phase-to-phase voltages and Ii, 12, Is the currents in the three line wires.
In the event of a short-circuit between two phases on the line connected to the triangle side of the transformer, for example at 13 (fig. 1), the diagram of the currents and voltages at the location where the relay is placed looks like indicated in fig. 3 where the same letters have the same meanings as in fig. 2.
In the event of a three-phase short-circuit, for example at 14 (fig. 1), the current and voltage diagram is shown in, fig. 4, while in the event of a short-circuit between a phase and the earth, for example at 15 (fig. 1), the current and voltage diagram is in accordance with fig. 5.
For reactance relays, in the event of a two-phase fault on line 1, in the case of fig. 2, the distance from this fault to the relay is correctly measured by the relation
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If Z is the impedance vector of a line wire AA 'between location A of a relay and a clear fault (negligible impedance) at A'B' (fig. <I> a), </ I> and if <I> 1,
</I> and <B> 72 </B> are the vectors running in the two threads and U 1.2 the potential difference vector between A and <I> B, </I> we have:
Ul- .z = Z h <I> - Z </I> Is from where we get:
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hence for impedance:
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being the modulus of the vector (11-1z) and for the reactance, which is the component of the impedance vector along the axis of
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By multiplying the numerator and the denominator by 11-1z and taking into account the fact that the reactance is proportional to the distance AA ', we arrive at the formula given above.
The following three formulas are demonstrated in a similar fashion.
In the case of the three-phase fault in fig. 4, the distance from the defect is correctly measured by any one of the relations
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In the case of the earth fault in fig. 5, the distance from the defect is correctly measured by the relation:
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the existence of this type of fault being indicated by the fact that we have Ii + Ï: + Ïs t 0 or U, + T79 + Ua t- <I> 0. </I> The demonstration (see fig. b )
of this last formula is analogous to the preceding one except that one must take into account the fact that Zo = - Z in general. So we have:
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from which we draw the formula to be demonstrated, as in the previous case.
On the contrary, in the case of the defect of FIG. 3, the distance to the fault cannot be measured correctly by any of the relationships indicated above. In particular, the quantities which involve phase-to-phase faults lead to measurements lower than D.
It is also found that in the case of the defect of FIG. 3 some directional wattmeter relays may give the wrong direction of the power direction.
It is therefore desirable, when a fault of this kind occurs, to prevent the operation of the star-side relays which risk having incorrect operation, or to increase the operating time of these relays, so that 'they do not act before the relays placed on the transformer or on the outgoing line connected to the delta side have operated.
In what follows, the term "lock" will denote the operation having as its object either to prevent the operation of certain relays or to increase their timing. The present invention relates to a set of devices which make it possible to achieve such a locking and which are based on the fact that, in a three-phase transformer with delta-star coupling, a short-circuit across a phase of the triangle side of the trans trainer brings about a significant decrease in the corresponding phase-to-neutral voltage on the star side and an increase in the current of the same phase, without appearing in the circuit on the star side either residual current or residual voltage.
The protection relay devices indicated in the following, by way of example, are based on one of the following criteria, which result from the fact that we have just indicated and which, consequently, differentiate the case of fig. . 3 of the cases of fig. 2, 4 and 5: 1. Significant decrease in just one of the three phase-to-neutral voltages, without any residual current or residual voltage appearing.
2. Modification of the ratios either between phase-to-neutral voltages and phase-to-phase voltages, or between currents and current differences, without the appearance of either a residual current or a residual voltage.
The assembly of fig. 6 gives an example of the application of the first criterion.
In this figure, 1, 2, 3, 4 denote the three phases and the neutral of voltage measuring transformers 5, 6, 7 denote three undervoltage relays, supplied by the three phase-to-neutral voltages, and 8, 9, 10 designate three normally closed and normally closed contacts actuated respectively by these three relays. The mobile contacts are united together; on the other hand, the three fixed working contacts are joined to one of the terminals of a relay 11, the other terminal of which is connected to the auxiliary source 12.
The three fixed rest contacts are joined to a connection terminating at the other pole of the source 12, through
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to the rest contact 18 of a relay 14, which will be discussed later. Normally, relay 11 is not energized because the three rest contacts of relays 5, 6, 7 are closed and their three open contacts. If a fault occurs between two phases corresponding to the diagram in fig. 3, one of the relays 8, 9 or 10 operates, which energizes the relay 11, which opens its contact 13 which locks the distance relay not shown in the figure.
If a fault similar to that of fig. 2, none of the relays 5, 7, 7 works because the voltage drop is in this case at most equal to 50% and it is sufficient to adjust these relays accordingly.
In the event of a three-phase fault (fig. 4), there is a voltage drop on the three phases, the three relays 5, 6, 7 operate and one can see in the diagram of fig. 6 that relay 11 is not energized.
If a fault occurs between a phase and the earth on the star side (case of fig. 5) only one of the relays 5, 6, 7 operates, but there is then the appearance of a residual voltage (the sum of the three phase-to-neutral voltages is no longer zero). Provision has therefore been made in FIG. 6, a relay 14, mounted according to a known method, between the neutral point of the three voltage transformers and an artificial neutral point obtained with three equal impedances 15, 16, 17. This relay operates as soon as the sum of the phase-to-neutral voltages n ' is no longer zero and its contact 18 cuts the circuit of relay 11.
Instead of undervoltage relays, undervoltage or reactance relays could also be used.
Criterium 2 is demonstrated by the following relationships, between phase-to-neutral and phase-to-phase voltages or between currents and current differences: a) Short-circuit between two phases on the star side (for example between wires B and C, case of fig. 2) U. a being the voltage between wires A and B, etc ...
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c) Symmetrical three-phase short-circuit
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Assuming that we use three relays operating respectively when
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it can be seen that in the event of a two-phase fault on the delta side, two relays operate, while in the event of a two-phase fault on the star side, only one relay operates. In the event of a three-phase fault, no relay operates. We can therefore close a locking circuit by mounting in series two by two of the double contacts operated by these three relays, like this. is shown in fig. 7, by way of example.
In this figure, we denote by 1, 2 and 3 the three phases of the voltage measuring transformers, by 4 their neutral, by 5, 6 and 7 three relays of a known type each comprising a motor coil 8, 10 and 12, and a choke coil, 9, 11 and 13, each of these relays operating when the ratio of the voltage of the driving coil to the voltage of the choke coil exceeds one
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In the event of a two-phase fault on the delta side, one relay operates, while in the event of a two-phase fault on the star side, two relays operate and in the event of a three-phase fault no relay operates.
To obtain the locking, a multiple contact assembly similar to that of FIG. 7. Short-circuit between two phases on the delta side (case of fig. 3): certain value, for example
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or another value deemed more suitable. The motor coils are connected to phase-to-neutral voltages and the opposing bohisles to compound voltages.
The relays 5, 6 and 7 have double contacts 14, 15, 16, 17 and 18, 19, which are connected in series two by two, each set being connected to two so-called locking bars 20.
A locking relay 21 is connected to these bars and to an auxiliary source 22. The contact 23 of this relay is the protection locking contact.
The normally closed contact 24 of a relay 25, identical in operation to the relay 14 of the, fig. 8, is used to prevent locking in the event of an earth fault.
The operation of. this set is easily explained by starting from the inequalities described above.
We can also use three relays operating respectively when: DTrüs we can use a simpler assembly by using three relays operating respectively when
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In the event of a two-phase star-side fault, no relay operates, nor in the event of a three-phase fault. In the event of a two-phase fault on the delta side, a relay can operate under certain conditions since
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varies between 0 and
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Fig. 8 illustrates an example of this embodiment.
In this figure, we denote: by 1, 2 and 3 the three phases of the current transformers, by 4 their neutral, by 5, 6 and 7 relays, of a type similar to those of FIG. 7, each comprising a motor winding, 8, 9, 10, and two antagonistic windings: 11-12,13-14,15-16.
The contacts 17, 18, 19 of these relays are connected in parallel and energize a relay 20 by means of the auxiliary source 21. The opening contact 22 of a relay 23 actuated by the sum of the currents of the three phases is used to prevent the locking in the event of an earth fault.
It is obvious that it is possible to use, without departing from the scope of the invention, other ratios between the currents or the voltages or other inequalities between these ratios and also other devices based on the principles indicated below. above.